Проектирование цифрового регулятора для электропривода с фазовой синхронизацией - Дипломная работа

Разработка новых эффективных технологических процессов, различных машин и приборов непосредственно связана с повышением требований к лежащим в их основе электроприводам по точности, быстродействию, согласованности вращений, снижению массы и габаритов. Одной из основных тенденций, определяющих развитие электропривода в настоящее время, можно считать существенное усложнение выполняемых электроприводом функций и законов движения рабочих органов машин и механизмов при одновременном повышении требований к скорости и точности производимых электроприводом операций. Возросла потребность в высокоточных электроприводах сканирования, нашедших широкое применение в системах зрения современных робототехнических комплексов, авиационном приборостроении, системах наведения и стабилизации скоростей перемещения астрономических и радионавигационных приборов, различных установках космической техники. В частности актуальной является проблема разработки электроприводов для обзорно-поисковых систем, осуществляющих автоматический обзор пространства в инфракрасном диапазоне спектра с целью получения информации о расположенных в нем объектах. При построении высокоточных электроприводов, работающих в широком диапазоне регулирования частоты вращения, наиболее широкое применение нашли импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением.Рисунок 1.1 - Функциональная схема электропривода с фазовой синхронизацией. здесь ЧЗБ - частотно-задающий блок, формирующий импульсы опорной частоты fоп; ИДЧ - импульсный датчик частоты вращения, формирующий импульсы частоты обратной связи foc; ЛУС - логическое устройство сравнения, осуществляющее сравнение частот и фаз двух импульсных последовательностей fоп и foc и формирующее в линейном режиме работы электропривода импульсный сигнал ? с периодом Топ=1/fоп и длительностью, пропорциональной фазовому сдвигу импульсов частот fоп и foc, а в режимах разгона или торможения - постоянный уровень напряжения соответствующей полярности;Рассмотрим подробнее составные части структурной схемы, приведенной на рисунке 1.1. Выходной сигнал ЛУС ? в линейном режиме работы электропривода (fоп ? foc) представляет собой последовательность импульсов с периодом следования Топ и длительностью ?, равной временному интервалу между импульсами частот fоп и foc (рисунок 1.2 б, где ). В качестве логического устройства сравнения обычно используется импульсный частотно-фазовый дискриминатор (ИЧФД) [2], однако ЛУС может включать в себя дополнительные устройства (например, дополнительные частотные дискриминаторы, дополнительные генераторы импульсов или схемы предварительного преобразования входных импульсных частотных сигналов fоп и foc) и реализовать дополнительные функции [1]. Корректирующее устройство [1] (рисунок 1.3) выполняется в виде последовательно соединенных демодулятора (ДМ) сигнала ? с выхода ЛУС и блока коррекции (БК), обеспечивающего устойчивость привода в заданном диапазоне рабочих частот вращения. Высокие точностные и массогабаритные показатели электропривода определяют ряд требований к реализации узлов корректирующего устройства: 1) работоспособность в широком диапазоне частот вращения, 2) высокая точность преобразования сигнала ? (при минимальной инерционности) и формирования корректирующих сигналов.Для построения структурной схемы электропривода с фазовой синхронизацией в [1] рассматриваются математические модели основных узлов электропривода с фазовой синхронизацией (рисунок 1.6, где ДМ - демодулятор выходного ШИМ-сигнала ИЧФД). В качестве модели импульсного частотно-фазового дискриминатора используется модель ИЧФД [1], приведенная на рисунке 1.7. Демодулятор, выделяющий непрерывный сигнал фазовой ошибки электропривода из выходного ШИМ-сигнала ? импульсного частотно-фазового дискриминатора, обычно выполняется в виде фильтра нижних частот (ФНЧ) [1] не менее второго порядка (рисунок 1.8 а) с постоянной времени , где Топмах - максимальное значение периода следования импульсов задающего частотного сигнала foc в заданном диапазоне рабочих частот вращения электропривода, или дискретного преобразователя (рисунок 1.8 б, где Тос=1/foc) на основе схемы выборки-хранения (СВХ) [1]. Благодаря демодуляции выходного сигнала импульсного частотно-фазового дискриминатора обеспечивается качественная фильтрация выходного сигнала ИЧФД ? и отсутствие высокочастотных пульсаций в управляющем сигнале , формируемом в соответствии с передаточной функцией корректирующего устройства КУ . Модель БДПТ (при синусоидальной форме токов и их фазовом сдвиге на в обмотках электродвигателя) приведена на рисунке 1.9, где - максимальная величина потокосцепления постоянных магнитов ротора с обмотками БДПТ, - электромагнитный момент электродвигателя, - момент нагрузки на валу электродвигателя, - момент инерции ротора БДПТ с нагрузкой, ? - угловая скорость, ? - угловая скорость.В цифровых системах автоматического управления осуществляется квантование сигналов по времени и уровню (преобразование непрерывного в дискретные через равные промежу

Содержание

Введение

1. Обзор литературы

1.1 Структура электропривода с фазовой синхронизацией

1.2 Составные части электропривода с фазовой синхронизацией

1.3 Модели электропривода с фазовой синхронизацией

1.4 Основы теории цифровых систем управления

2. Выбор структуры и расчет параметров регулятора

2.1 Расчет линейного регулятора

2.2 Синтез передаточной функции цифрового регулятора

2.3 Проведение параметрической оптимизации коэффициентов цифрового регулятора

2.4 Анализ устойчивости системы

3. Разработка принципиальной электрической схемы корректирующего устройства

3.1 Разработка структурной схемы корректирующего устройства

3.2 Проектирование основных узлов корректирующего устройства

3.2.1 Генератор высокой частоты

3.2.2 Счетчик импульсов

3.2.3 Регистры РЕГ1 и РЕГ2

3.2.4 Вычислительное устройство

4. Экономический расчет

5. Охрана труда

5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов на рабочем месте оператора ЭВМ

5.1.1 Микроклимат

5.1.2 Освещение

5.1.3 Расчет искусственного освещения

5.1.4 Шум

5.1.5 Вибрация

5.1.6 Электробезопасность

5.1.7 Электромагнитное излучение

5.1.8 Эргономические возможности рабочего места

5.2 Противопожарная безопасность

Заключение

Список литературы

Приложения

Разработка новых эффективных технологических процессов, различных машин и приборов непосредственно связана с повышением требований к лежащим в их основе электроприводам по точности, быстродействию, согласованности вращений, снижению массы и габаритов. Отсутствие высокоэффективных электроприводов сдерживает в настоящее время возможности ряда отраслей техники, поэтому разработка новых, более совершенных систем электропривода становятся актуальной задачей.

Одной из основных тенденций, определяющих развитие электропривода в настоящее время, можно считать существенное усложнение выполняемых электроприводом функций и законов движения рабочих органов машин и механизмов при одновременном повышении требований к скорости и точности производимых электроприводом операций.

Возросла потребность в высокоточных электроприводах сканирования, нашедших широкое применение в системах зрения современных робототехнических комплексов, авиационном приборостроении, системах наведения и стабилизации скоростей перемещения астрономических и радионавигационных приборов, различных установках космической техники. В частности актуальной является проблема разработки электроприводов для обзорно-поисковых систем, осуществляющих автоматический обзор пространства в инфракрасном диапазоне спектра с целью получения информации о расположенных в нем объектах.

При построении высокоточных электроприводов, работающих в широком диапазоне регулирования частоты вращения, наиболее широкое применение нашли импульсные астатические системы электропривода с дискретным управлением. В таких системах используется принцип фазовой автоподстройки частоты вращения (ФАПЧВ), то есть осуществляется замыкание их по углу при малых рассогласованиях по угловой скорости с помощью логических устройств сравнения фаз двух последовательностей импульсов: эталонного источника и частотного датчика скорости. Электропривод, построенный на основе ФАПЧВ, обладает идеальным астатизмом по скорости, и в нем легко реализуется синфазный режим работы.

Электродвигатель в системе прецизионного электропривода должен обладать высокой стабильностью и надежностью работы, малой энергоемкостью габаритами. Перспективными в этом направлении являются бесконтактные двигатели постоянного тока, которые наиболее полно удовлетворяют требованиям, предъявляемым к управляемым двигателям систем автоматики по электромеханическим и энергетическим характеристикам, массогабаритным показателям, надежности и диапазону частот вращения в приделах от единиц до сотен тысяч оборотов в минуту.

В настоящие время разрабатываются системы прецизионного электропривода, с аналоговыми корректирующими устройствами, работающие на высоких частотах вращения. Это обусловлено тем, что в области высоких частот вращения частота сигнала ошибки высока и легко отфильтровывается фильтром, частота среза которого лежит за частотой среза системы. В области низких частот вращения, частота сигнал ошибки мала, и для фильтрации сигнала необходимо использовать фильтр с большой постоянной времени. В этом случае фильтр будет влиять на работу системы в целом. Поэтому в области низких частот вращения целесообразно использовать цифровое корректирующие устройство.

Таким образом, целью дипломного проекта ставится разработка цифрового регулятора для электропривода с фазовой синхронизацией, работающего на низких частотах вращения.